SIOC-07-ADC

Report
SIOC
實驗7:類比─數位轉換(ADC)
李怡臻/陳慶瀚
MIAT實驗室
浯陽科技有限公司
WU-YANG
Technology Co., Ltd.
前言
物理世界的觀測皆為連續的類比訊號,若要將其輸
入電腦進行數值運算,則必須轉換為數位訊號。本
章將介紹如何使用STM32內部的ADC(Analog to
Digital)進行訊號轉換,並使讀者瞭解:
 ADC的使用
 ADC與DMA同步運作方式
實驗:
將溫度經由ADC轉換後的結果用VCP輸出到螢幕上
顯示
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Introduction
3
ADC原理
 ADC轉換
 資料保存(sampling and Holding)
 取樣率(Sample rate)越高則訊號越不易失真
 量化(Quantization)
 量化的位元數越高則解析度越高
4
STM32 ADC特色














12-bit resolution
Interrupt generation at End of Conversion, End of Injected
conversion and Analog watchdog event
Single and continuous conversion modes
Scan mode for automatic conversion of channel 0 to channel ‘n’
Self-calibration
Data alignment with in-built data coherency
Channel by channel programmable sampling time
External trigger option for both regular and injected conversion
Discontinuous mode
Dual mode (on devices with 2 ADCs or more)
STM32F103xx performance line devices: 1 µs at 56 MHz (1.17
µs at 72 MHz)
ADC supply requirement: 2.4 V to 3.6 V
ADC input range: VREF- <= VIN <= VREF+
DMA request generation during regular channel conversion
5
ADC Clock
6
ADC block diagram
7
ADC block diagram(cont.)
8
ADC Channel
 STM32 將ADC分成兩個通道:
 Regular channels(規則通道):
相當於運行的程序,最多包含16個通道。
 Injected channels(注入通道):
相當於中斷的程序,最多包含4個通道。
 當程序正在執行的時候,中斷是用來打斷你的
執行順序,因此注入通道的轉換可以打斷規則
通道的轉換,在注入通道被轉換完成後規則通
道才可以繼續轉換。
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ADC register
 regular group
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ADC register
 injected group
11
Analog watchdog
12
Time diagram
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Conversion mode





Single conversion mode
Continuous conversion mode
Scan mode
Discontinuous mode
Dual ADC mode
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Discontinuous mode

Regular group
Example:
n = 3, channels to be converted = 0, 1, 2, 3, 6, 7, 9, 10
1st trigger: sequence converted 0, 1, 2
2nd trigger: sequence converted 3, 6, 7
3rd trigger: sequence converted 9, 10 and an EOC event
generated
4th trigger: sequence converted 0, 1, 2

Injected group
Example:
n = 1, channels to be converted = 1, 2, 3
1st trigger: channel 1 converted
2nd trigger: channel 2 converted
3rd trigger: channel 3 converted and EOC and JEOC events
generated
4th trigger: channel 1
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Calibration timging diagram
16
Calibration
 ADC內部的校正模式,校正可大幅減少內部精準度的
誤差。
 透過ADC_CP2暫存器中的CAL位來啟動校正,校正結
束後,CAL位會被硬體復位。
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Data alignment
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DMA request
 規則通道轉換後的數值儲存在一個唯一的暫存
器中,所以當轉換多個規則通道時需要使用
DMA,用來避免遺失已經儲存在ADC_DR暫存
器的數據。
 只有在規則通道轉換結束後才能產生DMA的請
求,並且將轉換後的數據從ADC_DR的暫存器
傳輸到用戶指定的目的地位址。
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Temperature sensor
註:溫度感測器取樣的時間為17.1μs
20
Temperature sensor (Con.)
 讀取溫度的方式:
1. 選擇ADCx_IN16 輸入通道
2. 選擇取樣時間大於 2.2 μs
3. 設置ADC_CR2的TSVREFE位,以喚醒關電模式下的溫度感測器
(使用function ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);)
4. 通過設置ADON位啟動ADC轉換
(使用function ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);)
5. 讀ADC暫存器上的VSENSE數據結果
6. 利用下列公式得出溫度
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Temperature sensor (Con.)
 讀取溫度的方式:
1. 選擇ADCx_IN16 輸入通道
2. 選擇取樣時間大於 2.2 μs
3. 設置ADC_CR2的TSVREFE位,以喚醒關電模式下的溫度感測器
(使用function ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);)
4. 通過設置ADON位啟動ADC轉換
(使用function ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);)
5. 讀ADC暫存器上的VSENSE數據結果
6. 利用下列公式得出溫度
在25°C時的數值
Avg_Slope = 溫度與
曲線的平均斜率(單位為mV/° C 或 μV/ °C)
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Temperature sensor (Con.)
 溫度公式:
:溫度感測器在25度C
時的輸出電壓,典型
值1.43V
:溫度感測器的當前輸出電壓,
ADC_DR暫存器中的結果與
ADC_ConvertedValue 之間的轉
換關係為:
ADC_ConvertedValue * Vdd *1000
=
Vdd_convert_value(0xFFF)
:溫度感測器的輸
出電壓和溫度的
關聯參數,典型
值4.3 mV/°C
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ADC control register
規則通道:看門狗 注射通道:看門狗
雙模式模式
間斷模式
雙模式模式
掃描模式
溫度感測器
數據對齊
直接數據訪問模式
啟動ADC
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ADC+DMA實驗
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實驗目的
自然界的真實訊號是呈現連續的類比訊號,若要將其輸入
電腦中進行數值運算,則必須轉換為數位訊號。本章將將
介紹如何使用STM32內部的Analog to Digital
converter (ADC)進行訊號轉換,並使讀者瞭解:
ADC使用方式
 ADC與DMA同步運作方式
實做重點
 按下DFU Button後,將溫度經由ADC轉換後的結果用
VCP輸出到螢幕上顯示。
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Development Flow
Embedded Software Side
Connect the EVB
and the IOB
Programming
Bootup
STM32F10x
RCC Configure
GPIO Configure
ADC Configure
DMA Configure
int main(void)
{
/* System USB configuration */
Set_System();
/*pause*/
getchar();
/* System clocks configuration */
RCC_Configuration();
/* GPIO configuration */
GPIO_Configuration();
/* DMA1 channel1 configuration */
DMA_Configuration();
/* ADC1 configuration*/
ADC_Configuration();
printf("Configuration finish\n\r");
printf("Please presee DFU Button to get
Temperature\n\r");
while(1)
{
/*presee DFU Button to get Temperature*/
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11)==1)
{
Count_Temperature();
}
}
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ADC Grafcet
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Configure RCC
RCC FwLib Functions List
void RCC_Configuration(void)
{
/* Enable peripheral clocks ------------------------------*/
/* Enable DMA1 clock */
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
/* Enable ADC1 clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
/* Enable GPIOB clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
}
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Configure GPIO
GPIO FwLib Functions List
void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
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Configure ADC
ADC FwLib Functions List
void ADC_Configuration(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
/* ADC1 regular channel16 configuration */
//insert your code
/* Temperature Enable */
//insert your code
/* Enable ADC1 DMA */
//insert your code
/* Enable ADC1 */
//insert your code
/* Enable ADC1 reset calibaration register */
//insert your code
/* Check the end of ADC1 reset calibration register */
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
/* Start ADC1 calibaration */
ADC_StartCalibration(ADC1);
/* Check the end of ADC1 calibration */
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
/* Start ADC1 Software Conversion */
//insert your code
}
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ADC Cmd function
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ADC DMA Cmd function
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ADC RegularChannelConfig function
34
ADC RegularChannelConfig function
35
ADC TempSensorVrefintCmd function
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ADC ResetCalibration function
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ADC SoftwareStartConvCmd function
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DMA Block Diagram
DMA1 request mapping
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Configure DMA
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADCConvertedValue;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize =
DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
/* Enable DMA1 channel1 */
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}
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User code
void Count_Temperature(void)
{
//取平均16次的ADCConvertedValue 來計算(比較準確),
//取溫度必須間隔一下,請使用Delay();
//溫度=
//印出現在溫度
}
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Temperature sensor (Con.)
 溫度公式:
:溫度感測器在25度C
時的輸出電壓,典型
值1.43V
:溫度感測器的當前輸出電壓,
ADC_DR暫存器中的結果與
ADC_ConvertedValue 之間的轉
換關係為:
ADC_ConvertedValue * Vdd *1000
=
Vdd_convert_value(0xFFF)
:溫度感測器的輸
出電壓和溫度的
關聯參數,典型
值4.3 mV/°C
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DEMO
對IC吹氣後
溫度會升高
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